DE2241478C3

DE2241478C3 - Diversity reception method

Info

Publication number: DE2241478C3
Application number: DE19722241478
Authority: DE
Inventors: Karl 7151 Allmersbach Gerlach
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1972-08-23
Filing date: 1972-08-23
Publication date: 1979-09-20
Also published as: DE2241478A1; DE2241478B2; GB1399190A

Description

Die Erfindung betrifft ein Diversity-Empfangsverfahren mit der Kombination mehrerer Empfangssignale zu einem Signal unter abwechselnder Verwendung eines Kombinations- und eines Umschaltverfahrens. Der Übertragungswert einer Richtfunkstrecke wird durch den sogenannten Diversity-Betrieb verbessert. Hierbei werden zur besseren Übertragung mehrere Übertragungswege gleichzeitig genutzt. Man unterscheidet im wesentlichen drei verschiedene Verfahren von Diversity, nämlich Raum-Diversity, Polarisations-Diversity und Frequenz-Diversity.The invention relates to a diversity reception method with the combination of several reception signals a signal using alternating combination and switching methods. Of the The transmission value of a radio link is improved by so-called diversity operation. Here several transmission paths are used at the same time for better transmission. One differentiates in essentially three different methods of diversity, namely space diversity, polarization diversity and Frequency diversity.

Auf der Empfangsseite einer solchen Diversity Richtfunkstrecke gibt es zwei Möglichkeiten, ein nutzbares Signal zu erhalten. Man kann ersten aus einer Anzahl, meistens zwei, von Übertragungswegen den mit dem besten Ausgangssignal auswählen und zur Übertragung nutzen und die anderen Übertragungswege abschalten. Diese Möglichkeit der Umschaltung auf den jeweils besten Übertragungsweg ist naturgemäß mit einer unvollkommenen Ausnutzung der vorhandenen Empfangsenergie verbunden.On the receiving side of such a diversity radio link there are two possibilities, one that can be used Signal to receive. You can choose the first of a number, usually two, of transmission paths with the Select the best output signal and use it for transmission and switch off the other transmission paths. This possibility of switching to the best transmission path in each case is naturally available with a imperfect utilization of the available received energy.

Die zweite Art, das Signal zu gewinnen, benutzt einen Kombinator, in dem die Eingangsspannungen der Empfänger in geeigneter Weise addiert werden.The second way of obtaining the signal is to use a combiner in which the input voltages of the Recipients are added in an appropriate manner.

In DE-OS 15 91 052 wird ein Diversity-Empfangsverfahren beschrieben zur Kombination mehrerer Signale, die jeweils einen eigenen Rauschabstand besitzen, zu einem einzigen Signal mit dem bestmöglichen Rauschabstand, mit der Kombination zweier einfacher an sich bekannter Verfahren, des Umschaltverfahrens und des Additionsverfahrens, von denen jeweils das eine verwendet wird, wenn die Rauschabstände der zu kombinierenden Signale derartige Werte annehmen, daß das durch άιζ verwendete einfache Verfahren erhaltene Kombinationssignal einen größeren Rauschabstand aufweist als ihn das durch das andere einfache Verfahren erhalten hätte.In DE-OS 15 91 052 a diversity reception method is described for combining several signals, each with their own signal-to-noise ratio, to form a single signal with the best possible signal-to-noise ratio, with the combination of two simple methods known per se, the switching method and the addition method, one of which is used in each case when the signal-to-noise ratios of the signals to be combined assume such values that the combination signal obtained by the simple method used has a greater signal-to-noise ratio than would have been obtained by the other simple method.

Die Überhorizontalverbindung durch Diversity-Richtfunkstrecken arbeiten nach dem Scattereffekt, der eine Sekundärstrahlung in der vom Sender angestrahlten Troposphäre erzeugt, die jenseits des Horizontes empfangen werden kann.The over-horizontal connection through diversity radio links work according to the scatter effect, the A secondary radiation is generated in the troposphere irradiated by the transmitter, the one beyond the horizon can be received.

Durch Änderung der Ausbreitungsc^dingungen kann es zusätzlich zu der Scatterausbreitung, zur sogenannten Überreichweitenausbreitung z. B. durch Brechung oder Beugung, kommen. Durch Addition der Feldstärken mit der aus dem Scattereffekt gewonnenen, können sich zwischen zwei Übertragungswegen erhebliche Phasenunterschiede ergeben. Diese Phasenunterschiede machen sich nur in den Basisbändern bemerkbar und können nicht durch die Phasenbeziehungen der ZF-Generatoren au?geregelt werden. Sie verursachen bei der Kombination, oder der wechselnden Einzelauswertung der Basisbänder erhebliche Amplitudenverzerrungen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu zeigen, daß Amplitudenverzerrungen vermeidet, die durch diese Phasenunterschiede in den Basisbändern hevorgerufen werden und eine einfache Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens anzugeben.By changing the conditions of propagation, it in addition to the scatter propagation, for so-called overreach propagation z. B. by refraction or inflection, come. By adding the field strengths with that obtained from the scatter effect, you can there are considerable phase differences between two transmission paths. These phase differences are only noticeable in the basebands and cannot through the phase relationships of the IF generators are out of regulation. They cause the combination or the changing individual evaluation the basebands have significant amplitude distortions. The object of the invention is to provide a method show that avoids amplitude distortion caused by these phase differences in the basebands and to specify a simple circuit arrangement for carrying out the method.

In »Technische Mitteilungen AEG-Telefunken 60 (1970)« Seite 40—44 wird ein Zwischenfrequenzkombinator beschrieben. Dort werden (Bild 5) die oben beschriebenen Phasenablagen im Basisband der Einzelempfänger der ÜbertragungswQge von einer Basisband-Auswertung (BF-Auswertung) erfaßt. Die Basisbänder werden umgesetzt in eine Frequenzlage, in der ihre Phasenlagen mit Hilfe eines Phasendiskriminators verglichen werden können. Bei unterschiedlicher Phasenlage der beiden Basisbändcr gibt der Phasendiskriminator ein Signal ab. das auf einen Schwellwertschalter gegeben wird. Durch eine logische SchaltungIn »Technical Notes AEG-Telefunken 60 (1970) «pages 40-44 an intermediate frequency combiner is described. There will be (pic 5) the above phase shifts described in the baseband of the individual receivers of the transmission wQge from a baseband evaluation (BF evaluation) recorded. The basebands are converted into a frequency position in which their Phase positions can be compared with the help of a phase discriminator. With different The phase discriminator emits a signal in the phase position of the two basebands. that on a threshold switch is given. Through a logic circuit

wird bewirkt, daB bei einer vorgegebenen Phasendifferenz zwischen den Basisbändern der mit dem größeren Rauschen behaftete Empfangsweg gesperrt wird. Das bedeutet, daß bei veränderlichem Rauschen, wie es in besonderem Maße bei Überreichweitenverbindungen auftritt, dauernd zwischen den beiden Empfangswegen hin- und hergeschaltet wird, ohne Rücksicht auf die jeweilige Phasenlage. Es entstehen Phasensprünge und dadurch Amplitudenverzerrungen, die insbesondere bei Fernseh- und Farbfernsehübertragung Bildverfälschungen hervorrufen.causes a given phase difference the receiving path afflicted with the greater noise is blocked between the basebands. That means that with variable noise, as is particularly the case with long-range connections occurs, is constantly switched back and forth between the two reception paths, regardless of the respective phase position. There are phase jumps and thus amplitude distortions, which are particularly common in Television and color television transmission, image corruption cause.

Die Amplitudenverzerrungen durch Kombination zweier phasenverschiedener Empfangsspannungen und die Amplitudenverzerruneen durch Phasenfehler beim Umschalten zweier Empfangskanäle werden bei einem Diversity-Empfangsverfahren erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß vor der Kombination bei den aus den verschiedenen Empfangssignalen gewonnenen Basisbändern bei einer diskreten Frequenz ein Phasen- und ein Amplitudenvergleich vorgenommen wird und, wenn die Phasendifferenz einen vorgegebenen Wert überschreitet, entweder nur dasjenige der Empfangssignale, das in diesem Augenblick den größten Signal-Rausch-Abstand hat, oder nur dasjenige der Empfangssignale, dessen Pegel in diesem Augenblick einem bestimmten Pilotpegel am besten entspricht, solange zur Übertragung benutzt wird, bis die Phasendifferenz den vorgegebenen Wert wieder unterschreitet.The amplitude distortions due to the combination of two phase-different receiving voltages and the amplitude distortion caused by phase errors when switching two receiving channels are in one Diversity reception method according to the invention avoided that before the combination with the the different received signals obtained basebands at a discrete frequency a phase and an amplitude comparison is made and if the phase difference is a predetermined value exceeds either only that of the received signals that has the greatest signal-to-noise ratio at that moment has, or only that of the received signals, whose level at that moment a corresponds to a certain pilot level as long as it is used for transmission until the phase difference falls below the specified value again.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also die verschiedenen Empfangssignale nur dan.i kombiniert, wenn sichergestellt ist, daß nicht durch ungünstige Phasenbeziehungen zwischen den zu kombinierenden Basisbändern Amplitudenschwankungen entstehen können. Wenn die Phasenbeziehungen in den Basisbändern ungünstig werden, wird nur noch ein Empfangsweg benutzt, und zwar entweder der, dessen Signalrauschabstand am größten ist oder dessen Pegel dem eines bestimmten Pilotpegels am besten entspricht. Es wird nicht auf andere Empfangswege umgeschaltet, bis zu irgendeinem Zeitpunkt die genannte Phasenbeziehung wieder den gewünschten Wert hat. Dadurch können auch die oben geschilderten Verzerrungen durch das Umschalten nicht auftreten.In the method according to the invention, the various received signals are only combined if it is ensured that there are no unfavorable phase relationships between the two to be combined Baseband amplitude fluctuations can arise. When the phase relationships are in the basebands become unfavorable, only one receiving path is used, namely either the one whose signal-to-noise ratio is greatest or whose level corresponds best to that of a certain pilot level. It will not switched to other reception paths, up to any point in time the mentioned phase relationship has the desired value again. As a result, the distortions described above due to the Switching does not occur.

Fig. I zeigt im Blockschaltbild eine mögliche Anordnung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.Fig. I shows in a block diagram a possible arrangement for carrying out the invention Procedure.

Die Schaltungen 1, beispielsweise Verstärker mit breitbandigen Auskopplungen, leiten die aus den Übertragungswegen A und B ankommenden Basisbänder einmal direkt auf den Kombinator 2 und außerdem auf die Verzweigungsschaltung 3. Von dort werden die Basisbänder, von denen das eine im Mischer 4 im Frequenzbereich umgesetzt wird, über die Weiche 5 auf die Rauschauswertung 6, die den Kombinator 2 steuert, gegeben. In der Stufe 7 wird die Phasenlage zweier diskreter Frequenzen aus den Basisbändern, z. B. einer Pilot- oder einer Trägerfreuquenz, verglichen und, wenn eine Phasendifferenz vorhanden ist, die einen vorgegebenen Wert überschreitet, über die logische Schaltung 8 der Kombinator 2 so beeinflußt, daß er nur das Basisband verstärkt, das in dem Augenblick, in dem die Phasendifferenz den vorgegebenen Wert überschreitet, das bessere Signal-Rausch-Verhältnis hat und daß solange nicht auf das andere Basisband timgeschaftet wird, bis die Phasendifferenz den vorgegebenen Wert wieder unterschreite*.The circuits 1, for example amplifiers with broadband decoupling, route the basebands arriving from the transmission paths A and B directly to the combiner 2 and also to the branching circuit 3. From there, the basebands, one of which is converted in the mixer 4 in the frequency range , given via the switch 5 to the noise evaluation 6, which controls the combiner 2. In stage 7, the phase position of two discrete frequencies from the basebands, z. B. a pilot or a carrier frequency, compared and, if a phase difference is present, which exceeds a predetermined value, influenced via the logic circuit 8 of the combiner 2 so that it only amplifies the baseband at the moment in which the The phase difference exceeds the specified value, has the better signal-to-noise ratio and that the other baseband is not timed until the phase difference falls below the specified value again *.

In Fig. 2 wird eine Ausführungsform der logischen Schaltung dargestellt. An die Hingänge a und b werden Signale aus der Rauschauswertung einer Kombinatorschaltung angelegt. Diese Punkte a und b entsprechen denen in Fig. 1. Auf a folgt ein Inverter 9 und danach werden die Signale dieser beiden Eingänge durch ein negierendes ODER-Gatter 10 weiterverarbeitet, dessen Ausgang der Punkt d darstellt Das Signal aus der Phasenvergleichsstufe für die Basisbänder wird an den Punkt c angelegt und über einen Inverter Il umgekehrt, dessen Ausgang der Punkt eistIn Fig. 2, an embodiment of the logic circuit is shown. Signals from the noise evaluation of a combiner circuit are applied to inputs a and b. These points a and b correspond to those in FIG. 1. A follows an inverter 9 and then the signals from these two inputs are processed further by a negating OR gate 10, the output of which is point d . The signal from the phase comparison stage is for the basebands applied to point c and reversed via an inverter II, the output of which is the point eist

lu Das Signal am Punkt d wird einmal direkt auf den Speichereingang eines ersten Speicher-Flip-Flops 12 und zum andern über einen Inverter 13 auf den Speichereingang eines zweiten Speicher-Flip-Flops 14 gegeben. Auf die Eingänge eines ODER-Gatters 15 werden der Ausgang des Inverters 11 und der negierende Ausgang des Speicher-Flip-Flops 14 geschaltet Der Ausgang dieses ODER-Gatters 15 ist mit dem Löscheingang des Flip-Flops 12 verbunden. Auf die Eingänge eines ODER-Gatters 16 sind ebenfalls derlu The signal at point d is applied directly to the memory input of a first memory flip-flop 12 and, via an inverter 13, to the memory input of a second memory flip-flop 14. The output of the inverter 11 and the negating output of the memory flip-flop 14 are switched to the inputs of an OR gate 15. The output of this OR gate 15 is connected to the clear input of the flip-flop 12. The inputs of an OR gate 16 are also the

:o Ausgang dos Inverters 11 und der negierende Ausgang des Flip-Flops 12 geschaltet. Dr Ausgang dieses ODER-Gaüers arbeilet auf den Lus^heingang des Flip-Flops 14. Die negierenden Ausgänge der Flip-Flops geben an die Punkte /und # Signale zur Steuerung des Kombinators. Diese Punkte /"und ^ entsprechen wieder denen!;. Fig. 1.: o Output of the Inverters 11 and the negating output of the flip-flop 12 switched. The output of this OR gate works on the pleasure input of the Flip-flops 14. The negating outputs of the flip-flops give the points / and # signals to control the Combinator. These points / "and ^ correspond again them!;. Fig. 1.

Die Funktionsweise dieser Schaltung wird durch dieThe functioning of this circuit is illustrated by the

folgende Beschreibung an Hand der F i g. 2 verdeutlicht.the following description with reference to FIG. 2 clarifies.

An den Punkten cund d liege das Potential »O«, dannThe potential "O" lies at points c and d , then

Jd erscheint an den Punkten h und e und damit auch an den Punkten / und k »L«, weil durch »L« an den Löscheingängen der Speicher diese gelöscht sind und damit an den Punkten / und das g das Potential »O« liegt.Jd appears at points h and e and thus also at points / and k "L", because the memory is cleared by "L" at the clear inputs and thus the potential "O" is at points / and g.

i") Liegt an c »O« und an d »L«, dann bleiben an / und k »L« und an f und g »O«. Das heißt, wenn bei Phasengleichheit der Basisbandsignale aus der Rauschauswertung ein Signal kommt, wird der Kombinator durch die beschriebene logische Schaltung nirhti ") If c" O " and d" L " remain at / and k" L " and at f and g" O ". That is, if a signal comes from the noise evaluation when the baseband signals are in phase the combiner does not work through the logic circuit described

>n beeinflußt.> n influenced.

Tritt jetzt die weiter oben besprochene Phasendifferenz in den Basisbändern auf, so erscheint an c»L«. An d liegt noch »L«. Dann ergeben sich an h und e »O«. An g erscheint damit vom Flip-Flop 12 ein »L«, während dasIf the phase difference discussed above occurs in the basebands, "L" appears at c. "L" is still attached to d. Then h and e result in "O". An »L« appears at g from the flip-flop 12, while the

t' Flip-Flop 14 gleichzeitig gelöscht bleibt. Es ist also jetzt der durch den Ausgang g gesteuerte Übertragungsweg abgeschaltet.t 'flip-flop 14 remains cleared at the same time. The transmission path controlled by output g is now switched off.

Wenn jetzt bei weiter vorhandener Phasendifferenz kein Signal mehr aus der Rauschauswertung kommt,If there is no longer any signal coming from the noise evaluation with the phase difference still present,

'><> also and O« liegt, dann ändert sich an /und g nichts, das heißt, es bleibt der gleiche Übertragungsweg eingeschaltet wie vorher.'><> also and O « , then nothing changes at / and g , that is, the same transmission path remains switched on as before.

Erst wenn jetzt an c vieder »O« und damit an e »L« erscheint, werden 12 und 14 gelöscht, an /und g liegtOnly when "O" appears at c and thus "L" at e will 12 and 14 be deleted, and / and g will be located

w »O« und die logische Schaltung beeinflußt den Kombinator nicht nehr.w "O" and the logic circuit does not affect the combiner any more.

Wird jetzt wiederum die Phasendifferenz der Basisbänder zu groß, das heißt, erscheint an c »L«, kommt aber aur, der Rauschauswertung kein Signal, mi dann wird das Flip-Flop 14 umgeschaltet und damit liegt an f»L«unu anß»O«. Das heißt, die durch das Flip-Flop 14 geschaltete Übertragungsrichtung wird bevorzugt.If the phase difference of the basebands becomes too great, that is, "L" appears at c, but there is no signal for the noise evaluation, mi then the flip-flop 14 is switched over and there is thus "L" at f "L" and "O" «. That is, the transmission direction switched by the flip-flop 14 is preferred.

Dieser Zustand bleibt erhalten, auch wenn nun aus der Rauschauswertung ein Signal kommt, und zwar, bis die "'· Phasendifferenz wieder klein genügt wird.This state is retained, even if a signal comes from the noise evaluation, until the "'· Phase difference again small is sufficient.

In Fig. 3 ist eine ausgeführte Schaltung einer Phasen vergleichsstufe dargestellt.
Aus zwei Basisbändern gleicher Frequenzlage, die anIn Fig. 3 an executed circuit of a phase comparison stage is shown.
From two basebands of the same frequency that are connected to

h und / angelegt werden, werden die gleichen Pilotfrequenzen durch die Filter 17 ausgesiebt, den beiden Eingängen eines Differenzverstärker 18 zugeführt und über einen Gleichrichter 19 auf einen Schwellwertschalter 20 gegeben. Wenn sich die beiden Wechselstromsignale am Eingang des Differenzverstärkers in Amplitude oder Phase unterscheiden, gibt der Schwellwertschalter ein Gleichstromsignal ab. Will man nur die Phasenbeziehungen der Wechselstromsignale auswerten, ist in den meisten Fällen noch eine Amplitudenbegrenzung vor den beiden Eingängen des Differenzverstärkers nötig. In dem hier vorliegenden Fall erübrigt sich aber eine solche Amplitudenbegrenzung, da Messungen ergeben haben, daß Amplitudenunterschiede zwischen den Wechselstromsignalen nur gleichzeitig mit Phasenunterschieden auftreten und beide in der GröUc voneinander abhängig sind Die Phasenvcrgleiehsstufe wird also nur ein Gleichstromsignal abgeben, wenn tatsächlich eine Phasendifferenz vorhanden ist. h and / are applied, the same pilot frequencies are filtered out by the filter 17, fed to the two inputs of a differential amplifier 18 and sent to a threshold switch 20 via a rectifier 19. If the two alternating current signals at the input of the differential amplifier differ in amplitude or phase, the threshold switch emits a direct current signal. If you only want to evaluate the phase relationships of the alternating current signals, in most cases an amplitude limitation is necessary in front of the two inputs of the differential amplifier. In the present case, however, there is no need for such an amplitude limitation, since measurements have shown that amplitude differences between the alternating current signals only occur simultaneously with phase differences and that both are dependent on each other in terms of magnitude .

F.s kann der Fall eintreten, daß die Pegel der Empfangssignale in den einzelnen Übertragungswegen sehr starke Unterschiede haben. Dann ist es oft vorteilhaft, statt des größten Signalrauschabstandes den kleinsten Pegelunterschied zwischen Empfangssignalpegel und Pilotsollpegel als Auswahlkriterium zu benutzen. Dazu wird eine Amplitudenauswertung benötigt, die in dem geschilderten Fall dann die oben angegebene logische Schaltung ansteuert und bewirkt daß für die entsprechende Zeit die Rauschaiiswertung unwirksam ist.It can happen that the level of the received signals in the individual transmission paths have very strong differences. Then it is often advantageous to use the instead of the largest signal-to-noise ratio the smallest level difference between the received signal level and the pilot target level as a selection criterion use. For this purpose, an amplitude evaluation is required, which in the case described above is then the one above controls specified logic circuit and causes the noise evaluation for the corresponding time is ineffective.

Hierzu 2 Blatt ZeichnuneenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Diversity reception method with the combination several received signals to one signal with alternating use of a combination and a switching process, characterized in that before the combination at the basebands obtained from the various received signals in the case of a discrete Frequency a phase and amplitude comparison ίο is made, and if the phase difference exceeds a predetermined value, either only that of the received signals in this Moment has the greatest signal-to-noise ratio, or only that of the received signals whose Level at this moment corresponds best to a certain pilot level as long as the Transmission is used until the phase difference falls below the specified value again.

2. Circuit for performing the method according to spoke I, which contains an arrangement for phase comparison of the basebands, a noise and / or amplitude evaluation, a combiner and a logic circuit with three inputs and two outputs, of which r> the first and the second input with the noise and / or amplitude evaluation and the third with the phase comparison arrangement and the two outputs with the combiner, characterized in that the first input (a) m via an inverter (») and the second input (b ) go directly to the two inputs of a negating OR gate (10), de; 'en output both directly with the memory input of a first memory flip-flop (14) and via an inverter n (13) with the memory input of a second Memory flip-flops (12) is connected that the third input folder logic circuit via an inverter (H) to one input each of a first (16) and a second OR gate (15) that the The other input of the first OR gate is connected to the negating output (9) of the first memory flip-flop, the other input of the second OR gate is connected to the negating output (f) of the second memory flip-flop and that the output of the first OR gate is connected to the clear input of the second memory flip-flop and the output of the second OR gate is connected to the clear input of the first memory flip-flop. > °

3. A circuit for performing the method of claim!, Containing a noise and / or amplitude analysis, a combiner, a logic circuit and an arrangement for phase comparison of the base bands, characterized ^r> ^r> in that the two base bands over narrow band filter (17 ) are connected to one input each of a differential amplifier (18) so that a rectifier (19) and a threshold switch (20) ^{h () are} connected to the output of the differential amplifier.